航天史最驚險逃生,阿波羅13號太空爆炸,太空人用4天逃回地球

資訊     2021年09月27日

在所有的航天事故中,只有一次事故被稱為「「成功的失敗」,那就是阿波羅13號爆炸事件,雖然登月的計劃落空了,但三名太空人在數千名航天工作者的共同努力下,歷經險象環生的各種變故,最終成功返回了地面,這次營救行動讓人類知道,人類可以創造怎麼樣的奇蹟。

阿波羅13號登月計劃

在阿波羅11號、阿波羅12號成功登月之後,1970年,美國發射了阿波羅13號,阿波羅系列飛船最前端是指揮艙,是太空船的控制中心及太空人的生活空間。接著是服務艙,內設有火箭引擎主機,作為太空船的行進動力,提供從近地軌道進入地月轉移軌道,以及之後從月球返回時的推力。同時有一套高增益天線,加強通訊能力。

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阿波羅服務艙里還有電力系統,阿波羅飛船使用一套複雜的電池以及3台大型燃料電池為其所有設備提供電力供應,其中燃 料電池會承擔飛行階段的大部分電力供應任務。

這種燃料電池的 工作原理是將氫和氧進行反應,從而產生1.4kW的30V直流電, 並在過程中產生少量水。因此在阿波羅飛船的服務艙內安裝有兩個大型的 液態氫罐(每個內部裝有13千 克的液氫),另外還有兩個液態氧罐(每個內部裝148千克的液 氧)。

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這樣產生的電力將用於驅動飛船各大系統,而產生的水則將被用於飛船系統冷卻,以及太空人的日常飲 用、衛生用水,還包括給脫水食物加水等其他各種用途。而攜帶 氫氣和氧氣的最方便方式就是使 它們處於液態

最後就是登月艙,由兩部分組成,登月艙下降段負責登陸月球,而上升段則是離開月球部分。登月艙在太空人登陸月球過程中要自主飛行,因此登月艙中有獨立的供電、供氧設備,還有能提供動力的發動機。登月艙的下降段會留在月球上,登月艙上升段點火將太空人們送迴繞月軌道後,會與指令艙、服務艙對接,並返回地球。

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阿波羅13號共搭載了3名太空人:吉姆·洛威爾、傑克·斯威格特、弗萊德·海斯。在阿波羅13號升空的第三天,地面指揮中心發出一條指令,他們希望太空人傑克•斯威格特能夠攪動液氧罐,為什麼要攪動液氧罐呢?類似液氧這類的液態冷凍液體在微重力環境下會傾向於'『分 層」,也就是說,在缺乏重力作用的情況下,它們會傾向於形成不同的分層並在其所處的空間內向周圍擴散。

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當這一空間只是液氧罐內部空間時,這種分層效應就會讓測量液氧罐內部的液體量變得十分困難,所以需要攪拌以確保氧氣均勻分布,然而按鈕按下的一剎那,服務艙的二號液氧罐發生爆炸。

嚴重的故障令指揮中心當機立斷決定取消登月任務,阿波羅13號飛船上唯一有直接掉頭功能的服務推進系統就位於服務艙尾部,服務艙受損情況不明,點燃推進系統,可能會再次引起爆炸。

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地面人員計算出的最佳逃生路線

最後,地面控制人員計劃,利用月球引力返航,也就是繞過月球背面讓阿波羅飛船進入返回軌道。洛威爾和海斯兩人進入登月艙,與留在指令艙中的斯威格特一同開始搶險救災的工作。他們首先把服務艙中剩餘的氧氣導入指令艙中,再將指令艙的電源切換到登月艙的蓄電池中。

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為了儘可能的節省登月艙里極為有限的電能,太空人們關閉了一些非必需設備,使飛船進入了「超級省電模式」,功耗降低到了正常情況下的1/5。在飛船上,需要「喝水」的除了三位太空人外,還有各種電子器件的水冷設備。為了儘量節省用水,太空人們每天的飲水量只有正常情況下的五分之一。

在地面上,NASA和飛船承包商的工程師們不分旦夕地工作。發送給航天員的每一條指令,都需要工程師們反覆設計,並在模擬器上進行測試。從而確定最佳的返程路線。因為時代的原因,太空人們用一個原理與六分儀類似的望遠鏡尋找導航用的星星,飛控計算機會幫助太空人們算出飛船正確的前進方向。然而爆炸的發生使得導航望遠鏡喪失了部分功能,太空人們最後依靠測量太陽的方位才找到了自己回家的路。

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當飛船距月球只有 218 千米時,洛威爾啟動登月艙的降落髮動機進入繞月飛行的軌道。 飛船繞月飛 行 2 1 小時後 , 海斯啟動登月艙的上升發動機 , 使飛船進入返回地球的航程。

因為登月艙電力有限的原因,為了確保可以返回地球,太空人們作出了一個危險的決定,關掉飛船上的計算機、導航系統和其他電力設備,讓飛船的電流消 耗量降低到12安培----只相當於一個家庭攪拌機使用的電量。當加熱設備關閉後,登月艙中的溫度急劇下降,儘管他們穿上了宇航靴和剩餘的內衣褲,仍然凍得無法入睡。

也因為如此,登月艙中的小型空氣過濾器無法處理3名太空人排出的大量二氧化碳氣體 ,他們面臨中毒身亡的危險,他們在NASA科學家的指導 下,用一些黏性膠帶、一塊從飛行手冊後面撕下的紙板以及從他們太空內衣褲上扯下的一些塑料片,做成了一個幫助空氣過濾 器更有效工作的粗糙適配器,登月艙的空氣最後終於從毒性狀態回到了清潔狀態。

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太空人們臨時拼裝的二氧化碳過濾裝置,

經歷了整整4天,他們才最終返回地球,返回地面時,三位太空人因為脫水,體重總共降低了31.5磅,海斯特還因為缺水引起的排尿困難症入院治療。

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返回地球之後,科學家也開始尋找事故的原因,最終,科學家發現,事故的元兇居然是液氧罐,這是一個二手液氧罐,最初的製造 目的是安裝在 1969年發射升空的阿波羅10號上。但就在阿波羅10號發射之前,這個液氧罐卻被拆卸了下來進行維護和改裝,並曾在這一過程中發生過掉落事件一一這個罐子曾經從6厘米的高度摔落下來。

也正因為這次掉落,導致了液氧罐一段導線的損壞,但是檢測人員並沒有發現,因此美國宇航局便將這個二手液氧罐分配給 了阿波羅13號的服務艙繼續使用。

技術人員在發射前,再次對各項部件進行了嚴格檢查,在其中一次檢查中,這個液氧罐被發 現無法正確地排空液氧(其原理是將氣態的氧氣充入液氧罐,將 液氧全部擠壓出來,但由於一條 管路損壞,無法做到完全排出)。然而技術人員並沒有放棄這個液氧罐,而是執拗地想要把它修好。

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最終測試組決定通過加熱的手段排空液氧罐。可他們此時犯下了 一項嚴重的錯誤:液氧罐本身帶有加熱裝置,其設計目的是通過適當加熱,幫助氧氣在管路系統中的流動。

根據設計,該加熱裝 置應當通過飛船的28V直流電力 系統供電,但測試組卻將它與 65V的地面線路連接了長達8小 時之久,隨著電壓增高,功率是成平方數增長的,所以電壓從28V增加到65V,實際上通過導線的電流增加了5.38倍。

從而導致加熱器開關被燒化,液態氧罐內的溫度超過了規定的20多倍,因此這個液氧罐絕緣層被破壞,失去了效果。

因此,太空人每一次啟動液氧罐的攪拌葉片,電流都將會通過受損的線路,而缺乏了絕緣層的保護,最終引發了爆炸。科學家怎麼樣也沒有想到,事故居然是因為一個二手液氧罐。

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在此次事件之後,科學家重現為阿波羅14號設計了液氧罐,3名太空人本來可以登上月球,卻因為這樣的小疏漏喪失了機會,他們後來再也沒有重返過月球,斯威格特在 1982年死於癌症,而洛威爾和海斯現在仍活在世上。這或許是他們一生的遺憾吧。

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